Seminario De Secado Jorge.docx

Seminario de Secado 1. Defina en que consiste el proceso de secado. Explique el principio de operación y funcionamiento para los siguientes tipos de secado: El secado es un proceso de transferencia de masa en el cual la materia (humedad) se transfiere mediante un diferencial de temperatura por el cual se elimina la humedad.

Secado por convección: La transferencia de calor para la desecación se logra por contacto directo entre los sólidos húmedos y los gases calientes. El líquido vaporizado se arrastra con el medio de desecación; es decir, con los gases calientes. Los secadores directos se llaman también secadores por convección. Este tipo de secado puede darse en equipos con lecho fijo o lecho fluidizado, esto dependerá del tipo de proceso y para el trabajo que este destinado, siendo el equipo con lecho fijo el menos eficiente a la hora de obtener una mayor velocidad de secado, pero el equipo de lecho fluidizado tendrá una mayor aceptación y rapidez, de igual forma el flujo obtenido es enviado ya seco y con una superficie particular más esférica, por lo que el producto será más fácil de utilizar y transportar.

Secado por contacto: Este tipo de secado se refiere al tipo de contacto con el medio calefactor si es de forma indirecta o directa ya sea para un proceso continuo o por lote. En este proceso el sólido entra en contacto térmico con una superficie caliente y el grueso de la transferencia de calor se produce por conducción, el contacto directo de solido húmedo con la superficie, permite una mayor rapidez de traspaso de calor al sólido, pero causa lo que es la degradación de la estructura y forma de la masa en contacto.

SECADORES INDIRECTOS El calor de desecación se transfiere al sólido húmedo a través de una pared de retención. El líquido vaporizado se separa independientemente del medio de calentamiento. La velocidad de desecación depende del contacto que se establezca entre el material mojado y las superficies calientes. Los secadores indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto. Características de los Secadores Indirectos.  El calor se transfiere al material húmedo por conducción a través de una pared de retención, casi siempre de índole metálica.

 Las temperaturas de superficie pueden variar desde niveles inferiores al de congelación hasta mayores que 800 K, en el caso de secadores indirectos calentados por productos de combustión.  Los secadores indirectos son apropiados para desecar a presiones reducidas y en atmósferas inertes, para poder recuperar los disolventes y evitar la formación de mezclas explosivas o la oxidación de materiales que se descomponen con facilidad.

Tipos de Secadores Indirectos Continuos. 

Secadores de cilindro para hojas continuas, como papel celofán, piezas textiles. Por lo común, los cilindros se calientan con vapor y son rotatorios.

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Secadores de tambor, se pueden calentar con vapor o agua caliente.

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Secadores de transportador de tornillos, aunque son continuos pueden funcionar al vacío y permiten recuperar el disolvente durante el desecado.

Secadores Indirectos Por lotes: en general los secadores indirectos por lotes se adaptan muy bien a operaciones al vacío. Se subdividen en tipos agitados y no agitados. Tipos de Secadores Indirectos por Lote.

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Secadores de artesas agitadas, estos pueden operar atmosféricamente o al vacío, y manejan una producción pequeña de casi cualquier forma de sólidos húmedos, es decir, líquidos, lechadas, pastas o sólidos granulares.

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Secadores por congelación, el material se congela antes de desecarse y

a

continuación se realiza la desecación en ese estado al vacío.

Tipos de secadores directos continuos Secadores transportador neumático: en este tipo, la desecación se realiza a menudo en combinación con la trituración. El material se transporta dentro de gases a alta temperatura y velocidades elevadas hasta un colector de ciclón. Rotatorios: Un secador rotatorio consta de un cilindro hueco que gira por lo general, sobre su eje, con una ligera inclinación hacia la salida. Los sólidos granulares húmedos se alimentan por la parte superior, tal como se muestra en la figura y se desplazan por el cilindro a medida que éste gira. El calentamiento se lleva a cabo por contacto directo con gases calientes mediante un flujo a contracorriente.

Secadores Directos Por lotes: se diseñan para operar con un tamaño específico de lote de alimentación húmeda, para ciclos de tiempo dado. En los secadores por lote las condiciones de contenido de humedad y temperatura varían continuamente en cualquier punto del equipo. Tipos de secadores directos por lotes. Bandeja y compartimiento: el material se coloca en bandejas que pueden o no montarse en carretillas removibles. El aire se sopla sobre el material contenido en las bandejas.

Secado por radiación: La superficie que se está secando recibe calor de varias fuentes:   

Qc por convección de gases qK por conducción o a través del sólido qR por radiación directa desde la superficie caliente

La radiación es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas, de manera similar a las ondas electromagnéticas que propagan y transfieren la luz. El secado por radiación se lleva a cabo mediante radiación electromagnética cuya longitud de onda se encuentra dentro del rango de espectro solar y microondas.

Este proceso de secado se lleva a cabo mediante ondas electromagnéticas como las que proporciona la energía solar. Altas características de ahorro de energía los rayos infrarrojos suministran directamente la energía sobre el objeto a calentar y la energía no se dispersa hacia objetos que no lo necesitan, por estas razones permite ofrecer un calentamiento eficiente con excelentes características de ahorro de energía. Realiza el secado en corto tiempo de solventes acuosos sujetos a las normas de emisión de sustancias orgánicas volátiles (VOC). Alta calidad Debido a que no se requiere la ventilación, es escasa la adherencia del polvo y se logra el secado uniforme. Es alta la controlabilidad debido a que la fuente de calor está separada del objeto, es posible controlar la cantidad de energía según el objeto y es posible suministrar las condiciones de secado apropiado de objetos diversificados

Secadores dieléctricos: El secado dieléctrico se basa en la formación de calor dentro de las partículas, sin que se tenga transferencia de calor a través de la superficie. La fuente de energía es una corriente eléctrica de altísima frecuencia alterna generada entre dos electrodos. operan sobre el principio de generación de calor dentro de los sólidos, colocándolos dentro de un campo eléctrico de alta frecuencia. Los secadores dieléctricos pueden secar masas de materiales de baja conductividad térmica sin necesidad de ocupar temperaturas excesivas. Su aplicación real y potencial radica en la completa eliminación de agua ligada a materiales ligada a materiales que presentan un periodo de secado a velocidad decreciente excesivamente prolongado. Teniendo en cuenta que en el equipo hay aplicada alta tensión, todas sus partes deben de estar cuidadosamente aisladas para la protección del personal. La frecuencia utilizada se encuentra dentro de la gama de las radio ondas, de manera que se debe instalar una pantalla eléctrica que evite la interferencia con los aparatos de radio y televisión. El equipo debe efectuar las siguientes funciones: Convertir la energía de línea de canalización eléctrica a la frecuencia y tensión requerida Ventaja de secado dieléctrico:  Su rapidez de secado en el proceso  Tiene un calentamiento bastante uniforme

 No es necesario invertir en energía porque no se tiene que calentar ni el aire o paredes de horno  Su control es más eficaz y sencillo pues basta con controlar la potencia del generador dando un exacto control de calentamiento  Mejora la calidad de los productos ya que no se generan elevadas temperaturas en la superficie y a diferencia de los métodos convencionales no se generan encortamientos ni sobrecalentamientos.

Secado por sublimación o liofilización: Este tipo de secado es bastante utilizado en el área de alimentos ya que este sirve para tratar productos que no pueden ser sometidos a altas temperaturas como es el caso de algunos alimentos, en este proceso de secado el producto tiene que ser congelado antes de ser introducido al equipo porque en eso consiste la sublimación es pasar de solido a vapor sin pasar por el estado líquido, este proceso se lleva a cabo a bajas temperaturas y bajas presiones. Este proceso está regido por el punto triple del compuesto que se desea separar del sólido.

Aplicaciones -Campo farmacéutico -Campo alimentario: Yogurt en polvo, frutas, vegetales, mezcla seca, entre otros. .Microscopia de muestras húmedas.

Equilibrio durante el secado: a- Isoterma de desorción de la humedad del material. El contenido de humedad se expresa en base seca: como kilogramo de agua por kilogramo de sólido sin humedad (completamente seco) o kg H2O/100 kg de sólido seco; en unidades del sistema inglés se expresa como Ib H2O/1OO lb de solido seco. Para algunos sólidos, el valor del contenido de humedad de equilibrio depende de la dirección en la que se alcance el equilibrio. Los valores de contenido de humedad de equilibrio varían de acuerdo con que una muestra húmeda se seque por desorción o bien una muestra seca adsorba humedad por adsorción. En los cálculos de secado, se usa el valor de equilibrio por desorción, puesto que tiene el mayor valor y tiene un interés particular.

b- Isoterma de sorción de la humedad por el material. El termino sorcion se usa para relacionar el comportamiento de un producto, dependiendo de su contenido inicial de humedad, el cual perderá o ganará (adsorber) agua durante el proceso de equilibrio con la atmosfera que rodea al producto. Se puede graficar el contenido de agua (humedad) vs. Aw ó HR y dicha gráfica toma el nombre de isotermas de absorción y desorción.  La isoterma de adsorción representa la cinética con la cual un alimento adsorbe humedad y se hidrata.

 La desorción equivale al proceso de deshidratación y refleja en la manera en que pierde agua.

c- Equilibrio dinámico. Al igual que en otros procesos de transferencia de masa, el proceso de secado de materiales se debe considerar desde el punto de vista de las relaciones de equilibrio y, además, de las de rapidez. En la mayoría de los equipos de secado, el material se seca al entrar en contacto con una mezcla de aire y vapor de agua. Una variable importante en el secado de materiales es la humedad del aire en contacto con un solido de determinada humedad. Cuando un sólido húmedo se pone en contacto con aire de una humedad inferior a la correspondiente al contenido de humedad del sólido, dada por la curva de equilibrio humedad, el sólido tiende a perder humedad y secarse hasta alcanzar el equilibrio con el aire. Cuando el aire es más húmedo que el sólido en equilibrio con él, el sólido absorbe humedad del aire hasta que se alcanza el equilibrio. Los sólidos porosos, como los catalizadores o los adsorbentes a menudo tienen un contenido apreciable de humedad en equilibrio a una moderada humedad relativa. Este valor se conoce como contenido de humedad de equilibrio del material en las condiciones especificadas de humedad y temperatura del aire.

d- Humedad de equilibrio Humedad del sólido cuando su presión de vapor se iguala a la presión de vapor del agua en el aire. El aire que entra en un secador no suele estar completamente seco, sino que contiene algo de humedad y posee una humedad relativa definida. Para un aire de humedad definida, el contenido de humedad del sólido que sale del secador no puede ser inferior al contenido de humedad de equilibrio correspondiente a la humedad del aire que entra. La porción de agua del sólido húmedo que no puede ser removida por el aire que entra, debido a la humedad de éste, recibe el nombre de humedad de equilibrio. e- Formas de enlaces de la humedad con el material El mecanismo del proceso de secado depende considerablemente de la forma de enlace de la humedad con el material: cuanto más sólido es dicho enlace, tanto más difícil transcurre el secado. Durante el secado el enlace de la humedad con el material se altera. Las formas de enlace de la humedad con el material se clasifican en: químico, físico-químico y físico- mecánico.

10-MÉTODOS ESPECIALES DE SECADO Y TIPOS DE SECADORES Secadores de radiación calórica. 

Radiadores de alta temperatura calentados por gas

En estos radiadores se calienta una superficie refractaria o metálica mediante llamas de gas hasta alcanzar unos 800 ° C. En un modelo se alimenta la mezcla aire/gas por detrás de un bloque de metal refractario perforado y se quema en su superficie formando una delgada llama laminar: También están disponibles los calentadores tubulares metálicos, en éstos los productos de la combustión circulan por un rizo tubular con un radio de curvatura pequeño, el cual da una temperatura superficial uniforme. 

Radiadores de baja temperatura calentado por gas

En un modelo comercial la superficie radiante está formada por una placa metálica que tiene una temperatura máxima de 340°C, con lo cual presenta su máximo de energía a

4.7μm. Su superficie radiante es calentada en su otra cara por medio de quemadores. Este equipo está disponible en dos tipos: uno de montaje vertical o inclinado que tiene un área de radiación de aproximadamente 1m*0.5m y un consumo de gas de 26.4MJ/h=7.33kW, y otro horizontal con un área efectiva de radiación de 1m*0.6m con un consumo de gas de 46MJ/h=12.8kW. Secador de alta frecuencia ( dieléctrico) Secadores dieléctricos Estos secadores operan bajo el principio de calor dentro de los sólidos, colocándolos dentro de un campo eléctrico de alta frecuencia. El secado dieléctrico puede ser efectuado a todas las frecuencias electromagnéticas superiores o iguales al espectro de infrarrojos, este calentamiento dieléctrico se realiza a frecuencias que van de 1 a 100 Hz a diferencia del calentamiento infrarrojo que va desde 300 Mhz hasta 300 Ghz, siendo sus principios básicos los mismos pero equipos distintos. Se debe tener en cuenta que tanto microondas como infrarrojos no son formas de calor sino son energías que se manifiestan como calor, calentando al material mismo, siendo diferente al calentamiento por métodos convencionales, ya que estos dependen de la lentitud del calentamiento que va desde la superficie del material hacia el interior a diferencia del calentamiento con microondas y dieléctrico que es un calentamiento global debido a la interacción del campo electromagnético con el material. Los parámetros que rigen el calentamiento vienen a ser: 

La masa del material

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La geometría

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Eficiencia acoplada

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Propiedades dieléctricas

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Mecanismos de pérdidas de calor

Todo esto lleva a la conclusión que depende de las potencias aplicada y absorbida por el material. El secado por este método presenta una serie de ventajas:

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Su rapidez de secado en el proceso

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Tiene un calentamiento bastante uniforme

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No es necesario invertir en energía porque no se tiene que calentar ni el aire o paredes de horno

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Su control es más eficaz y sencillo pues basta con controlar la potencia del generador dando un exacto control de calentamiento,

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Mejora la calidad de los productos ya que no se generan elevadas temperaturas en la superficie y a diferencia de los métodos convencionales no se generan encostramientos ni sobrecalentamientos.

Secadores por sublimación La sublimación o liofilización es una técnica de deshidratación por frio, un proceso común en la industria alimentaria conocido como deshidrocongelación (secado por congelación suena más sencillo…) el cual tiene la virtud de mantener al máximo las propiedades organolépticas de los alimentos. Este método se realiza al vacío. La palabra deriva del griego, que en traducción es “hecho para amar las disoluciones”, o sea obtendremos un producto de muy fácil disolución y/o regeneración.

¿Cómo funciona?

Lo primordial, hay que tener una maquina especial, que se llama liofilizador. En esta se introduce el producto procesado listo para su secado. Se genera un entorno al vacío, donde las bajas temperaturas se sienten a eso de -40°C. Aquí ocurre la sublimación, o sea el producto pasa directamente de solido a gas sin pasar por líquido. Eso básicamente se aplica al contenido acuoso del alimento, el cual sublima terminando con materia solida sin ningún remanente líquido, absolutamente seco.

Recordemos que al generar entornos al vacío, podemos jugar con las temperaturas de evaporación del agua, porque sabemos que el agua hierve a los 100°C, pero si generamos entornos de presión al vacío, podemos hacerla hervir hasta 120°C (como en el caso de las

ollas de presión). Pero en la liofilización, se genera un entorno tan frio que solo altas presiones de vacío son capaces de hacer que el agua se evapore a -40°C, y es eso lo que hace el liofilizador.